Giáng thủy: Nước rơi xuống trái đất

TTO - Những đám mây làm bầu trời tối sầm lại. Không khí có cảm giác nặng nề hơn do hơi ẩm. Các loài động vật nhỏ chạy nhốn nháo tìm nơi ẩn náu; chim đột nhiên ngừng hót và nhanh chóng mất dạng.

Những gì xảy ra tiếp theo phụ thuộc vào một tác động phức tạp của nhiệt độ, gió và mây.

Nước có thể rơi xuống Trái đất theo nhiều dạng đặc biệt, cả ở thể rắn và thể lỏng. Mưa, tuyết, mưa đá, và mưa tuyết là các dạng quen thuộc nhất.

Khi bị treo lơ lửng trong không khí, các dạng nước này được gọi là nước ngưng kết (theo tiếng Latin có nghĩa là “nước ở cao trong không khí”). Khi chúng rơi xuống mặt đất, chúng được gọi là lượng nước.

Quá trình hình thành

Không phải tất cả các đám mây đều tạo ra lượng mưa. Những đám mây thường xuất hiện dưới dạng các bọt hơi khí ấm, ẩm ướt gần mặt đất. Các khối không khí ấm này lạnh đi khi chúng bay vào bầu khí quyển. Tại một mức nhiệt độ nào đó, chúng đạt tới điểm bão hòa, hay điểm sương, và hình thành nên một đám mây có thể thấy được.

Sự hình thành mây liên quan đến sự ngưng tụ. Trong quá trình đó, hơi nước bắt đầu tích tụ lại, hay ngưng tụ, thành những hạt nhỏ quanh hạt phân tử không khí (về mặt kỹ thuật thì gọi là hạt nhân ngưng tụ). Khi đó, sự ngưng tụ là bước đầu tiên trong quá trình dẫn đến sự phát triển giáng thủy.

Nếu nhiệt độ không khí trong một đám mây dưới nhiệt độ đóng băng, thì hơi nước của nó có thể chuyển trực tiếp thành dạng rắn. Hầu hết các đám mây tạo ra giáng thủy đều hoàn toàn chứa các tinh thể băng cực nhỏ. Những đám mây khác có các giọt nước hay một hỗn hợp nước và băng.

Tinh thể băng và giọt nước có thể tiếp tục lơ lửng trong mây, bị gió xua tan, hay bay hơi khi chúng rơi xuống. Hai bước nữa phải xảy ra trước khi chúng thực sự hình thành nên giáng thủy. Các giọt nước của mây phải phát triển về kích thước qua quá trình lắng đọng. Trong quá trình này, các tinh thể băng nhỏ xíu bị treo lơ lửng trong một đám mây hút các hạt nước xung quanh, các hạt nước này lắng đọng trên chúng.

Tiếp theo, khi trọng lượng tăng lên, một số các hạt phân tử bắt đầu rơi xuống hay bay lên tại một tỷ lệ khác so với các hạt phân tử xung quanh chúng. Kết quả là chúng va chạm với một phân tử khác và kết hợp lại. Quá trình này gọi là quá trình kết tụ.

Qua sự ngưng tụ, lắng đọng và kết tụ, hơi nước biến thành các hạt phân tử đủ lớn để rơi xuống mặt đất. Khi mỗi hạt phân tử rơi xuống, nó vỡ ra thành các hạt nước hay tinh thể nhỏ hơn - khiến chúng cũng kết tụ lại và rơi xuống.

Nếu có các dòng không khí dâng lên trong một đám mây, thì các tinh thể hay giọt nước có thể bị cuốn nhanh lên trên. Các hạt phân tử cuốn lên cũng vỡ ra thành các hạt phân tử khác, thường là các tinh thể băng ở các tầng lạnh phía trên của một đám mây. Việc này dẫn đến sự lắng đọng và kết tụ hơn nữa, và tạo ra các hạt phân tử giáng thủy thậm chí lớn hơn và nặng hơn.

Giáng thủy lỏng

Phần lớn mưa trên thế giới bắt nguồn từ các tinh thể băng hay các hạt phân tử đóng băng khác tại nhiệt độ dưới mức đông giá của các đám mây. Khi chúng rơi xuống qua lớp không khí ấm hơn, các hạt phân tử rắn này tan chảy. Tuy nhiên, tại những vùng nhiệt đới, các đám mây mưa có thể không bao giờ đạt đến nhiệt độ dưới mức đông giá, do đó các giọt nước của mây đơn giản tăng lên về kích thước đến khi chúng đủ lớn để rơi xuống.

Giáng thủy lỏng có thể đươc chia ra thành ba loại cơ bản: sương mù, mưa phùn và mưa. Sự khác biệt cơ bản là về mặt kích thước (hay đường kính) của giọt nước.

Sương mù thường rơi qua các đám mây sương và mây tầng. Nó chứa các giọt nước rất nhỏ, chỉ đủ lớn để có thể tan ra trên mặt và da. Các hạt phân tử sương mù nhìn chung có kích thước bán kính từ 0,005 đến 0,05cm. Hàm lượng nước chung của một màn sương hay đám mây tạo sương mù là khá thấp.

Mưa phùn chứa các giọt mưa nhỏ có bán kính từ 0,02 đến 0,05cm. Nó hình thành nên các màn sương và các đám mây tầng dày hơn. Mặc dù các giọt của mưa phùn nhỏ nhưng chúng có khá nhiều. Mưa phùn có thể rơi nhiều trong nhiều ngày cùng một lúc. Chính một lượng giáng thủy ẩm ướt và mỏng gây ra một ít xói mòn khi nó từ từ thấm ướt mặt đất.

Mưa là thuật ngữ được dùng để chỉ các giọt mưa rơi xuống với đường kính nhỏ nhất khoảng 0,05cm. Một số giọt mưa lớn có đường kính lớn hơn 0,8cm. Lượng mưa cũng nặng hơn, hay dày đặc hơn là mưa phùn. Nhìn chung mưa lên đến ít nhất là 0,5cm một giờ khi được đo bằng vũ kế; một trận mưa lớn có thể tạo ra lượng mưa cao hơn. Mưa thường rơi xuống từ các đám mây dông hay mây tích.

Mưa giá, hay mưa băng, được hình thành khi các đám mây mưa ấm hơn mặt đất bên dưới chúng. Giáng thủy rơi xuống Trái đất dưới thể lỏng, sau đó đông lại khi nó va chạm với các vật thể rắn. Kết quả là một lớp phủ băng rõ rệt trên khắp những gì mà mưa chạm đến. Mưa giá xuất hiện trên một phạm vi rộng lớn gọi là bão băng.

Bão băng, mặc dù may mắn là hiếm, thực sự ảnh hưởng đến Bắc Mỹ vào mùa đông, dọc theo một con đường chạy dài ra hướng tây từ New England và bờ biển trung Đại Tây Dương, qua Central Lowlands đến Nebraska, Kansas, và Oklahoma.

Mưa tuyết bắt đầu dưới dạng mưa lỏng, rồi sau đó đông lại trên đường rơi xuống Trái đất. Mưa tuyết thường hòa lẫn với bông tuyết. Bông tuyết bị tan ra và đông trở lại, dẫn tới một mô tả phổ biến là “mưa cố gắng thành tuyết”. Mưa tuyết trút xuống các ô cửa sổ và đôi khi gây tổn hại đến những cây mới mọc. May mắn là các hạt phân tử của mưa tuyết thường nhỏ, bằng khoảng kích thước của mưa phùn.

NGUYỄN ĐĂNG KHOA biên dịch